化工基础论文《精馏技术的发展及应用》

精馏技术的发展及应用

XX系XX班XX 学号：XX

摘要：精馏是利用混合物中各组分挥发度的差异进行分离的操作单元。它被广泛地应用于工业生产中,并且在所有的分离方法中长期占据着主导地位。在化学工程中,最典型和最重要的多级分离过程是精馏过程,各种节能的、特殊的精馏分离流程得到快速的发展。本文将对精馏技术的原理、发展、应用及前景做出讨论,并浅谈几种新型的精馏工艺,旨在使精馏技术得到更广泛的发展和应用。

关键词：精馏技术,多级分离过程,优化控制

Abstract：Distillation is the use of the difference in the volatile components of the mixture were separated in the operation unit,it is widely used in industrial production,and all the long-term separation dominates.In chemical engineering, the most typical and most important multi-stage separation process is distillation process, a variety of energy-saving, special distillation separation processes are rapid development.This article will distillation technology principle, the development, application and prospects to make discussions and on several new distillation process,distillation technology has been designed to enable the development and wider application. Keywords:distillation, multi-stage separation process, optimal control

一、精馏的概念与基本原理

1、精馏的概念及发展

精馏过程是分离液体混合物的一种方法,在石油炼制、石油化工及化学工业中占有重要的地位,一般在化工厂的基建投资中通常占有50一90%的比重。为此了解分离过程,选择、设计和分析分离过程中的各参数是非常重要的。[1]蒸馏是有着悠久的历史的单元操作,早在公元初,人们已应用蒸馏来提浓酒精饮料。9世纪初,相继出现了泡罩塔填料塔和筛板塔。本世纪初,蒸馏技术已从酒精的提浓扩展为化学工业中的主要分离方法,广泛应用于原油分离制取各种油品。随着石油工业、化学工业的发展,特别是石油化工的发展,无论在精馏装置的规模上,还是在分离的难度上,都提出了更高的要求,新型分离设备不断涌现,各种节能的、特殊的精馏分离流程得到发展,精馏的设计方法逐步实现了规范化,先进的精馏优化控制方案不断被开发并获得应用,精馏技术的发展已达到了相当成熟的程度。

2、精馏基本原理

精馏主要是利用混合物中各组分具有不同的挥发度,即在同一温度下各组分具有不同的蒸汽压,进行分离,挥发度较高的物质在汽相中的浓度比在液相中的浓度高,故借助于多次的部分汽化及部分冷凝,可达到轻重组分分离的目的。[2]精馏过程中,在精馏塔内气液相进行接触和分离,通过气液两相接触达到热力学平衡的塔板称为“理论塔板”或“平衡塔板”, 一般来说,一个精馏塔的任务就是要使轻关键组分尽量多地进入馏出液,重关键组分尽量多的进入釜液。[3]其流程图如下图一。[4]

研究精馏过程,需要依照气液两相在理论塔板上达到的热力学平衡及衡算关系来建立由相平衡、物料衡算、热量衡算以及摩尔分数加和所构成的数学模型“气液相平衡”系统的组成及混合物的焙性质,可以由热力学方法求得。精馏分离过程是复杂的传质传热过程。[5]其

具体表现为：过程变量多,被控变量多,可控制的变量多；动态过程和复杂机理。例如,可采用不同的控制方案对同一的被控变量进行控制,控制方案的适应面广等。

二、精馏几种简单分类及特点

2.1简单精馏:

（l）平衡闪蒸气化和部分冷凝

单级分离过程即为一般闪蒸过程和部分冷凝过程,进料以某种方式被加热使其发生部分气化,经过减压装置,在闪蒸塔内使汽液两相迅速分离,得到含易挥发组分较多的蒸气,称为闪蒸过程。若与之相反,把蒸气进料部分冷凝,得到含难挥发组分较多的液体,称为部分冷凝过程。在上述过程中,如果气、液两相有足够的时间与紧密接触而达到了平衡状态,则这种方式称为平衡气化或平衡冷凝,适应于对分离纯度要求不高的场合。

(2)逐次气化

也称“微分蒸馏”即一定量的混合液体在釜中被加热使之逐渐进行气化,产生的蒸气被引出,并经过冷却后将其收集起来。微分蒸馏是一种非稳态过程,分离程度不高,工业应用很少,一般多在实验室分析中使用。

2.1.1连续多级蒸馏

多级连续蒸馏即精馏,是化工装置中常用的蒸馏方法,进料连续地引入某一中间位置的板上,该板液体组成大体与进料组成相同,塔顶、塔底连续引出合格产品，塔顶设有冷凝器使蒸气冷凝并部分回流,塔底有再沸器产生蒸气送回塔内。蒸馏塔内建立温度和浓度梯度"连续多级蒸馏的分离效果远优于平衡气化和微分蒸馏。

2.1.2分批蒸馏

在许多化工过程中,所处理的液体混合物可能要分批进行,或者是产量小,或者是浓度经常改变,或者是要求用同一个塔分离多组分混合物成为几个不同馏分等。此时,需采用分批蒸馏(或称间歇蒸馏)首先将被分离的原料液整批全部装入蒸馏塔的塔釜中,然后通过塔釜加热,使所产生的蒸气进入塔内逐渐上升,然后在塔顶冷凝,部分采出作为塔顶产品,与单级的微分蒸馏不同,分批蒸馏可以是多级的,并采用部分冷凝液作为液体回流,使塔内气!液保持接触,这与连续蒸馏类似。在操作过程中,塔釜中的液体连续减少,塔顶产品在馏出液接收罐中积累。分批蒸馏可以通过改变回流比或压力,以达到馏出不同馏分的目的。它属于一种不稳态过程,适用于小型、多品种产品的工厂。

2.2特殊蒸馏

2.2.1萃取蒸馏